Hva er en LED - en detaljert beskrivelse av egenskapene og typene

Lysdioder er overalt: i hus, biler, telefoner. Med deres hjelp gis lys belysning av gadgetskjermer, økonomiske belysningskilder produseres. Nå er de uunnværlige lyskilder. Vurder enheten og de tekniske egenskapene til hovedtypene lysdioder.

Hva er en LED

En LED (fra den engelske Light Emitting Diode, eller LED) er en solid-state elektrisk kilde til kunstig lys laget av p- og n-konduktivitetshalvledermaterialer. Ved å bruke flere teknologier - avsetning gjennom masker, etsing, epitaksial avsetning, etc., oppnås et p-n-kryss.

I et halvledermateriale av p-type er strømbærere "hull" - atomer i en halvlederkrystall, der de ved doping med spesielle metaller skaper mangel på elektroner. I n-materialer er bærerne overskytende elektroner i krystallen.

"Hullet" er praktisk talt ubevegelig. Den har en positiv ladning lik ladningen til et elektron. Elektronet, "hopper" fra den ytre banen til ett atom til den ytre banen til naboen, beveger "hullet" i motsatt retning.

Driftsprinsippet eller hva som lyser i LED

Ved å koble en konstant spenning av en viss størrelse og polaritet til p-n-krysset, forårsaker de en elektrisk strøm i krysset i form av en motstrøm av elektriske ladningsbærere - "hull" - positive "partikler" og elektroner - negative. Når disse bekkene møtes i et p-n-kryss, rekombinerer de eller smelter sammen. Et fritt elektron med økt energi kommer inn i "hullet", og det forsvinner.

Oppsett av LED.

Til høyre er n-halvlederdelen av krystallen, "anriket" med frie elektroner, til venstre er p-halvlederdelen med positive "partikler" - "hull".

Energi frigjøres i form av lyskvanter. De slippes ut, dvs. sendes ut fra enden av krystallen. Fluxen av kvanter treffer reflektoren. Den polerte overflaten reflekterer lyset i riktig retning. En spesiell overflatekonfigurasjon danner det nødvendige retningsmønsteret til lysstrømmen.

Opplegg for å få lys i et p-n-kryss.

Spenningen for å drive overgangen påføres "+" - til anoden til dioden, og "-" - til katoden.

Design

Enheten til LED i et vertikalt snitt.

Det varmefjernende underlaget er avbildet i lilla. Grå trapeser - deler av en reflekterende reflektor-reflektor i en ringformet konfigurasjon laget av aluminium.I det blå midten er en LED-brikkekrystall med tilkoblede gull- eller sølvtråder loddet til anode- og katodeterminalene.

Typer LED

LED er ganske "unge" enheter. Deres endelige klassifisering er ennå ikke utviklet. Derfor bruker mange kjente produsenter sine egne inndelingssystemer.

I følge en av dem er lysdiodene gruppert i henhold til deres formål som følger:

1. Indikator.
2. Belysning.

Indikatorer i gruppen deres er delt inn i følgende typer.

DIP dioder

Forkortelsen er avledet fra Dual In-line Package eller "dobbel in-line plassering". Vanligvis er koffertene sylindere, men det er også parallellepipeder. På den nedre enden er det trådaksiale ledninger parallelt med hovedsymmetriaksen til kroppen. Utgangen fra katoden er kortere enn anoden.

Visning av DIP LED over PCB, lodding inn i de metalliserte hullene er synlig.

Inndelingen i typer - i henhold til diameteren på saken og linsen på den øvre enden. Diameter fra 2-3 til 20 mm og mer. Glødende farge - hvilken som helst, flere nyanser av hvitt.

En av typene - blinkende i 2 farger, har 3 utganger.

Stråhatt

Den bokstavelige oversettelsen er en stråhatt eller bryl. Gjelder lysdioder – kroppen er som en lue med en avrundet topp.

En variant av DIP LED kalt stråhatt eller stråhatt.

Ledninger av forskjellige lengder er synlige, den korte er katoden. Installasjonshøydebegrensere er også synlige. Under linsen er en krystall med en gul fosfor.

Super Flux Piranha

Direkte oversettelse - superflow. Piranha - oversettelse til russisk - piranha. Navnet på lysdioden skyldtes særegenhetene til metallledningene i form av smale strimler. For å forenkle installasjonen i hullene på kretskortet ble hjørnene kuttet av i endene av pinnene under stemplingen. Slik ble de skarpe "tennene" til en rovfisk.

På utgangen er "skuldre" stemplet - begrensere som setter høyden på saken over brettet. Så kassen ble åpnet for luftkjøling nedenfra. Krystaller for passiv kjøling ble plassert på de øvre endene av ledningene.

Ved å plassere 2 eller 3 brikker i etuiet økte de lysstrømmen. Og dioden falt inn i gruppen av superlyse.

LED type "piranha" i gjennomsiktig etui.

Man kan se en krystall "dekket" av en linse og innsnevrede ledningsformere av installasjonshøyden.

smd

Forkortelse for Surface Mounted Device, oversatt fra engelsk - en enhet installert på overflaten. De ser ut som rektangulære kasser laget av plast eller keramikk. Konklusjoner - fra under og på siden av saken i form av puter.

Oftest - belysning, men ved lav effekt kan de også være indikator. Effekter fra mW (milliwatt) til W. Glød er hvilken som helst farge eller nyanse av hvitt lys.

Les også: Egenskaper til SMD LED

OLED

I tillegg til solid-state lysdioder basert på halvledermetaller - silisium, germanium, galliumarsenid, etc., er det en gruppe lysdioder på filmer av organiske forbindelser. De kalles organiske eller OLED-lysdioder – Organic Light Emitting Diode.

De sender også, som halvlederdioder, ut lys, men ikke med en solid struktur, men med tynne filmer. Mens hovedapplikasjonen finnes i utviklingen av enfargede skjermer. De eksisterende ulempene med farge-OLED-filmer er de forskjellige driftstidene for filmer med forskjellige glødende farger. På et minimum er dette ca 12-15 tusen timer.

Etter forbedring vil slike lysdioder bli mye brukt i mobiltelefoner, bil- og skips-GPS-navigatorer, i nattseverdigheter og enheter for nattjakt og -skyting, etc.

Videoanmeldelse: sammenligning av QLED, OLED og LCD (IPS).

Filament

I 2012-2013uvanlige lysdioder dukket opp, som de kalte Filament. Faktisk er dette COB-matriser i form av lange sylindre med en diameter på 2-3 og en lengde på 15-30 mm. 28-30 blå krystaller ispedd noen få røde limes på en glass- eller safirsylinder. De er koblet i seriekjeder, og etter å ha kontrollert brukbarheten fylles de med en gul fosfor.

Denne teknologien for produksjon av filamentmoduler kalles Chip-On-Glass eller COG.

Ferdige COG-matriser plasseres på beslagene til konvensjonelle glødelamper, installert i basen og plassert i en glass- eller plastkolbe. For å avkjøle lysdiodene fylles kolben med helium.

Lampeeffekt - fra 2-3 til 10-12 watt. Lysstrømmen tilsvarer lyseffektiviteten til konvensjonelle lysdioder på 80-100 lm/W.

Resultatet er en ettermontert LED-glødelampe. Lampen omtales ofte feilaktig som en LED-glødelampe.

Begrepet retrofit kommer fra engelsk. ettermontering - modernisering eller modifikasjon. Dette er nye lyskilder i hus med tradisjonelle dimensjoner.

Filament LED-lampe i en pære "ball".

Høyeffekt glødelampe i en langstrakt pære.

Tallene ovenfor er forskjellige i kraft og produsenter glødetråd LED-lamper. I en glasskolbe med E27-base er filament COL-moduler festet til filamentbeslagene.

En slags PCB-stjerne

Forkortelsen for lysdioder av denne typen er avledet fra den engelske frasen Printed Circuit Board. Hans oversettelse er trykt kretskort.

PCB Star type diodekort.

PCB Star type diodekort. Produsenten er det amerikanske selskapet CREE, XML diode model. Det gule rektangelet er strømdioden COB-matrisen.

Brettet er laget av et metall som leder varme godt, for eksempel aluminium. Tavlekonfigurasjonen er en 6-stråle stjerne.COB LED-arrayet er fabrikkmontert i midten av stjernetavlen. Brettet er malt svart for å forbedre den passive varmespredningen som en kraftig arbeidslysende enhet genererer.

Kraftige PCB Star type LED-er.

6 "stjerner" til venstre - dioder med forskjellig kraft og nyanser av hvitt lys. De to nederste er kraftigere elementer med store sirkler av gult fosfor. Til høyre er en kolonne med 4 stykker. – dioder for plan montering på overflaten av pads på et trykt kretskort.

Dimensjonstegning av en kraftig plan LED på stjernetavle.

Dimensjonstegning av en kraftig plan LED på stjernetavle. Høyden på strukturen er 6,6 mm, diameteren på diodens kropp med plane ledninger er 8 mm, størrelsen på Star-brettet er 22 mm.

LED COB Matrix

Hvis flere titalls blå halvlederkrystaller limes med dielektrisk lim på et varmeledende underlag laget av en kunstig safir eller silisiumkrystall, forbundet med ledere i serieparallelle grupper og fylt med en gul fosfor på toppen, får vi en LED-modul. den COB matrise. Forkortelsen er avledet fra den engelske frasen Chip-On-Board. Det er oversatt som "krystaller på brettet."

LED rund COB-matrise fylt med gult fosfor. Langs "kanten" er det brune kontaktputer for tilkobling av forsynings- og/eller kontrollkretser.

COB-matriser bruker pakkeløse LED-brikkebrikker uten underlag. Innkvarteringen er ekstremt stram. Denne teknologien produserer en betydelig del av høyeffekts LED-er, inkludert hundrevis av krystaller. En god viftekjølt kjøleribbe, noen ganger ved bruk av varmerør, lar deg oppnå en effekt på 150-200 W eller mer i ett tilfelle.Matrisen gir en retningsstrøm med en spredningsvinkel på 100-150 grader på et nivå på 0,7 fra strålingsmaksimum.

Typeklassifisering

Typer LED inkluderer:

• enkelt lysdioder på en enkelt høyeffektbrikke (COB-matrise);
• par lysdioder i en pakke - indikatordioder som blinker vekselvis i to farger, for eksempel rød og gul;
• tripletter eller triader av emittere med tre primærfarger - rød, grønn og blå eller RGB: Rød - Rød, Grønn - Grønn, Blå - Blå.

Tre-chip LED i SMD-pakke for PCB overflatemontering.

Hvis det i en trekrystall-LED er krystaller med samme glødefarge, har vi en supersterk LED. Med forskjellige farger på krystalllys får vi en RGB-triade eller en flerfarget kontrollert lysavgivende enhet.

SMD er en forkortelse for den engelske frasen Surface Mounted Device, en overflatemontert enhet. Brukes til å automatisere plassering og lodding av elektroniske komponenter på kretskort, inkl. og lysdioder. Brukes i bånd, linjaler, moduler og konvensjonelle kretskort.

Hovedfargene inkluderer også et par YB-farger - gul, gul og blå, blå. Det er andre kombinasjoner av farger som gir hvitt når de blandes.

Kraftige COB-lysdioder

Store modeller har monteringshull i hjørnene på saken. Mindre modeller er loddet på kretskortet.

I tillegg til de vanlige egenskapene til lysdioder, legger kraftige modeller til flere tilleggsparametre:

• merkeeffekt, W;
• chip størrelse, mm;
• nominell driftsstrøm for krystallen eller matrisen;
• levetid knyttet til standardene L 70, L80, etc.

Lysdioder med lav effekt

Når det gjelder strømforbruk, er dette lysdioder fra 0,05 til 0,5 W, driftsstrøm - 20-60 mA (gjennomsnittlig effekt - 0,5-3 W, strøm 0,1-0,7 A, stor - mer enn 3 W, strøm 1 A og mer) .

Strukturelt inkluderer laveffekt LED-er flere grupper av LED-lysemittere:

• LED-er i SMD-deksler er vanlige og superlyse;
• DIP-dioder i sylindriske kasser - for montering i hull i kretskort;
• i piraja-type tilfeller - for montering i hull.

Laveffekt LED-er i forskjellige pakker.

På bildet er lysdiodene fra topp til bunn:

1. I sylindriske DIP-pakker - med fleksible ledninger for lodding i bretthullene.
2. I tilfeller av piranha-typen er de også Superflux, loddet gjennom hullene.
3. I tilfeller med plane ledninger for montering på kontaktplater av en- og tosidige trykte kretskort eller i "brønner" av flerlagskort.

Egenskaper til lysdioder

Lysdioder er beskrevet av mange parametere. Den viktigste av dem:

• lysintensitet og energieffektivitet - Lm og Lm / W;
• divergensvinkelen til lysfluksen ved nivåer på 0,5 eller 0,7, grader - for vanlige fra 120 til 140 grader, for indikatormodeller - fra 15 til 45 grader;
• strøm forbrukes under drift, W - liten - opptil 0,5, middels - 0,5-3, stor - mer enn 3;
• driftsstrøm gjennom dioden, mA eller A;
• farge eller nyanse av hvitt lys Fargerik temperatur, grader Kelvin, K - fra 2000-2500 K - varm hvit og opp til 6500-9500 K - kald hvit.

Det er andre egenskaper, men de brukes sjeldnere. For eksempel er strøm-spenningskarakteristikken, I-V-karakteristikken til en LED en kurve av strøm gjennom et veikryss kontra driftsspenningen som påføres den. Den brukes i elektriske beregninger av LED-driftsmodus.

Dimensjoner

Dimensjonene til LED-en bestemmes av dimensjonene til huset.For SMD-saker - lengde, bredde, tykkelse. De to første verdiene er innebygd i betegnelsen, for eksempel SMD2835, der to tallpar er 2,8 mm - bredde og 3,5 mm - lengde. Tykkelsen på kassen må hentes fra beskrivelsen eller passet for dioden.

Dimensjoner SMD3528 og SMD2835. Nederst til høyre er et grått hjørne en nøkkel som angir katoden.

For sylindriske DIP-dioder er viktige egenskaper kassediameteren og dens høyde med en linse. I dette tilfellet er det nødvendig å ta hensyn til lengden på ledningsledningene og produsentens anbefalinger for å bøye dem før installasjon.

Bølgelengde

En slik karakteristikk av lysdioder som bølgelengde brukes svært sjelden. Kalles ofte fargen på gløden.

Bølgelengden til gløden til dioden måles i nanometer - nm. Det er ikke alltid angitt i passdataene til produktet.

Betegnelse og fargemerking

Hver produsent har sin egen merking av lysdioder. For eksempel, i betegnelsen til LED - LED-WW-SMD5050, er dens alfabetiske og numeriske elementer dekodet:

• LED - LED;
• WW - glødfarge Varmhvit - varmhvit 2700-3500 K;
• SMD - overflatemonteringspakke;
• 5050 - kroppsdimensjoner i tideler av en millimeter - 5,0 × 5,0.

Varianter av forkortelser for nyanser av hvitt lys:

• DW - Dag Hvit - hvit dag (4000-5000 K);
• W - Hvit, ren hvit (6000-8000 K);
• CW eller WC - Cool White - cold white (8000-10 000 K);
• WSC - White Super Cool - superkald hvit, fargetemperatur 15 000 K med en karakteristisk blåaktig fargetone;
• NW - Nøytral Hvit - nøytral hvit - 5000 K.

Det er andre betegnelser for lysdioder og farger, systemet er ennå ikke fullstendig standardisert, så produsenter bruker forskjellige numeriske verdier for nyanser av hvitt lys.

Grafisk og alfabetisk bilde på diagrammet

Anoden, også kjent som pluss til LED, vises som en trekant på de elektriske kretsene. Katode (minus) - en tverrgående strek.

Utseendet til AL307 LED og dens betegnelse i tegningene og diagrammene.

En ofte brukt forkortelse er den latinske forkortelsen HL.

LED spenningstabell

For at LED-en skal gi under drift alle egenskapene spesifisert av design- og produksjonsteknologien, må den være utstyrt med en beregnet strømforsyning. Påfør for eksempel en spenning på anoden og katoden, som vil være litt mer enn likespenningen til p-n-krysset. Overspenning bør "slukkes" i serie inkludert motstand. Motstanden kalles en strømbegrensende motstand. Den tjener til å forhindre overflødig strøm gjennom p-n-krysset.

LED-en har to kontaktledninger - anoden og katoden, katoden er kortere enn anoden. Hvis lengden er den samme, da definere Du kan bruke dem med et fingerbatteri. Hvis det er lys, så har du en anode foran deg.

Bord. Foroverspenning av p-n-krysset til den fargede LED-en.

Les også: Hvordan finne ut hvor mange volt en LED

Påføring av lysdioder

Omfanget av lysdioder utvides stadig. Opprinnelig ble de brukt som lysindikatorer i kretser for å slå på eller betjene elektronisk utstyr.For eksempel å slå på senderen, bytte til økt eller redusert effekt osv. De kan fikse automatisk aktivering, for eksempel når et ringesignal vises eller for å tiltrekke seg oppmerksomhet. Blinkende eller enfargede lysdioder ble brukt - rød, gul, grønn, blå.

Små, superlyse DIP-lysdioder ble koblet i serie-parallelle kjeder og matet direkte fra et 220 V-nettverk. Ved å plassere slike seriegrupper av dioder i et gjennomsiktig fleksibelt PVC-rør og fylle dem med en gjennomsiktig tetningsmasse, fikk vi "fleksibel neon"- en lysende" tourniquet. Den kan legges langs siden av bassenget, fortauskanten av stien, dekorere taket på huset eller et tre i hagen.

Bruker fleksibel neon.

Fremkomsten av fleksible flerlagskort og SMD-pakker for overflatemontering har ført til etableringen av fleksible LED striper.

Opprinnelig var dette midler til dekorativ interiørdekorasjon. En økning i kraften til SMD-dioder og tettheten av deres plassering på brettet gjorde det mulig å begynne å bruke LED-strips, først for ekstrautstyr og deretter for hovedbelysning. En økning i graden av støv- og fuktbeskyttelse av båndene førte til at de ble brukt til dekorativ belysning, og deretter til hovedbelysningen i gateforhold.

Samtidig ble LED-lamper utviklet for å erstatte glødelamper i lamper - lampetter, lysekroner og bordlamper. Ettermonterte lamper dukket opp - komplette analoger av glødelamper og lysstoffrør når det gjelder form, pærestørrelse og forsyningsspenning. Den gradvise utskiftingen av glødelamper med LED-ettermontering har begynt. Samtidig ble produksjonen av LN stoppet - først 100 W eller mer, deretter 75, 60, etc.

Utviklingen av kraftige enkeltlysdioder, spesielt i Emitter- eller PCB Star-pakken, har bidratt til fremveksten av lommelykter med innebygd batteri. Lysstyrken og varigheten av gløden etter én ladesyklus var flere ganger høyere enn tidligere modeller.

Utmerket kontrollerbarhet av lysdioder med elektroniske midler - kontrollere og dimmere - dimmere, tillot bruk av kraftige spotlights i lysdynamisk belysning av gater og torg i byer og tettsteder i alle regioner i landet.

Anvendelse i dekorativ belysning av bygninger.

LED stripe type RGB, RGBW og RGBWW gjorde det mulig ikke bare å oppnå kraftige strømmer av hvitt lys, men også å endre dens hvite nyanse over et bredt spekter fra gulaktig varm til blåaktig og blå kald.

Styrbarheten til nye lyskilder gjør det mulig å bruke dem mye i opplyst reklame - "krypende linjer", lysskjermer, informasjonsskjermer, etc. Bruk disse skarpe og hvite lyskildene i fasadereklame og på hustak - flate og tredimensjonale bokstaver og tegninger, merkenavn, varemerkebilder og mye mer.

Og alle disse designene fungerer mye lenger enn sine kolleger på konvensjonelle lamper, krever nesten ikke vedlikehold og bruker mange ganger mindre strøm. De tekniske egenskapene til lysdioder og belysningsutstyr vokser stadig. Kostnaden for lysdioder synker, og applikasjonen utvides.